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Les réacteurs nucléaires à caloporteur sodium

Introduction


​En 1951, dix-sept ans après la découverte de la radioactivité artificielle, le premier réacteur nucléaire produisant du courant électrique fonctionne. Il s’appelle EBR1, et c’est un réacteur rapide à métal liquide.

Publié le 14 novembre 2014

Pourquoi le premier réacteur à produire de l'électricité a été un réacteur rapide ?… La première raison tient curieusement à la facilité technologique : les métaux liquides sont bons conducteurs, peuvent fonctionner à haute température et sans pression, ce qui simplifie notablement la conception des cuves et circuits de ces petits réacteurs. Mais surtout l’uranium, à l’époque, est rare. De vastes campagnes de prospection sont lancées, mais ce matériau apparaît alors comme un matériau stratégique qui risque de devenir rare et cher. Or, les propriétés surgénératrices des réacteurs à métaux liquides sont déjà connues et laissent entrevoir un potentiel quasi infini de production électrique, avec un combustible toujours renouvelé.

C’est alors le début de la grande époque des rapides. Tous les grands pays développés se lancent dans l’aventure : les États-Unis, la Russie, le Royaume-Uni, l’Allemagne et la France. Mais des changements apparaissent. Alors que les Russes ont choisi pour leurs réacteurs de propulsion navale des réacteurs rapides au plomb bismuth, les Américains mettent au point des réacteurs à eau pressurisés qui s’avéreront être l’ancêtre des réacteurs à eau qui, peu à peu, deviendront les réacteurs de puissance les plus utilisés sur la planète. Comme, par ailleurs, les prospections ont permis de découvrir des quantités de plus en plus importantes d’uranium, le prix de celui-ci s’effondre et la prospection s’arrête, car l’approvisionnement est assuré à court terme.

Le chantier de Phénix
Le chantier de PHÉNIX en 1970. © DR
Les temps deviennent alors plus difficiles pour les réacteurs rapides. Cependant, même si les circonstances politiques et économiques sont moins favorables, l’aventure des RNR sodium continue. PHÉNIX était le dernier réacteur rapide européen, lorsqu’il a été arrêté, en 2009.
Mais en Russie, en Inde, en Chine et au Japon, des réacteurs fonctionnent ou sont en construction. En effet, nombre d’autres avantages potentiels chez ces réacteurs ne cessent de se confirmer : performances environnementales, minimisation des déchets, fermeture du cycle, transmutation des actinides mineurs…

Mine d’uranium à ciel ouvert
Mine d’uranium à ciel ouvert. © DR

La construction de PFBR (réacteur rapide sodium)
La construction de PFBR (réacteur rapide sodium), en Inde. © DR

Ce dossier décrit l'historique et le retour d'expérience technique accumulé par les réacteurs nucléaires à caloporteur sodium, dont les trois réacteurs français : RAPSODIE, PHENIX et SUPERPHENIX : conception, matériaux, mesures, instrumentation, inspection en service, composants, bilan de fonctionnement...

Les principes de conception de ce type de réacteur sont également explicités, mettant en valeur leurs considérables avantages potentiels : possibilité de brûler tout l'uranium, ce qui permettrait d'assurer l'approvisionnement électrique de la planète pour des millénaires ; possibilité de recycler tout le plutonium et l'uranium issus du retraitement en bouclant le cycle du combustible, ce qui minimiserait les déchets ultimes.

Courbe de divergence de SUPERPHÉNIX, signée par les participants
Courbe de divergence de SUPERPHÉNIX,
signée par les participants. © DR
​Deux réacteurs rapides à sodium de forte puissance sont en construction : l'un en Inde et l'autre en Russie, et de nombreux projets sont à l'étude, dont le projet ASTRID, en France. Ce dossier donne l'état en 2013 de ces développements.

Le déploiement de cette technologie prometteuse est actuellement ralenti, en particulier à cause du surcoût à la construction de ces réacteurs, par rapport aux réacteurs de la filière à eau. Une partie technico-économique analyse les perspectives de ce déploiement, en relation avec l'évolution de la ressource uranium.